一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法，包含以下步骤：a)、从接收的无人机下传的遥测数据中的提取无人机位置信息；b)计算无人机的位置偏移量；c)计算位置偏差量；d)根据位置偏移量和位置偏差量得到最终的预测位置偏移距离；e)根据最终预测位置偏移距离，无人机下传的遥测数据中的经度、纬度、航迹角或航向角、俯仰角计算出最终预测的无人机的位置信息；f)根据最终预测的无人机的位置信息驱动地面视距链路定向天线转动至相应的方位和俯仰位置。本发明专利技术具有高可靠、高精度、工程实现方便等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人机测控与信息传输领域，涉及位置预测及机载定向天线纠偏，具体涉及一种无人机位置预测与机载定向天线纠偏实现方法。该方法改善了地面链路终端的视距链路定向天线在数字引导过程中的滞后性，解决机载视距链路定向天线位置和惯导设备之间的安装位置偏差。利用该方法设计的无人机地面控制站控制地面视距链路定向天线在数字引导工作模式下跟踪无人机具有高可靠、高精度、工程实现方便等特点，可以有效改善无人机在高速飞行时的链路传输质量，提供稳定的空地通信链路。技术背景随着无人机的广泛应用，无人机与无人机地面控制站之间传输的数据量越来越大。为了保证数据的可靠、高效、稳定传输，无人机离开机场后在视距范围内通常将地面和机载天线切换至定向天线(如有)进行数据传输。地面定向天线的控制方式为数字引导工作方式下，由无人机地面控制站发送视距链路定向天线的方位和俯仰数据至地面链路终端，地面链路终端根据方位和俯仰数据驱动引导视距链路定向天线跟踪无人机。在此过程中，由于受到控制周期及链路延时带来的无人机位置信息滞后的影响，加上无人机机载惯导设备与机载视距链路定向天线安装位置的偏差，导致数字引导方式下的地空数据链路传输质量不稳定，出现链路中断甚至丢失的情况。特别是在无人机起飞、降落阶段，机载惯导设备与机载视距链路定向天线安装位置偏差较大且无人机飞行速度较快的情况下，更容易出现链路失锁或中断的情况。为了降低上述问题对数字引导的影响，可通过地面链路终端或地面控制站对无人机的位置进行预测、对机载定向天线位置进行纠偏，考虑到地面链路终端的设备复杂性及对无人机遥测数据的处理、解析的复杂程度，并且没有无人机地面控制站中相对灵活的人机操作界面，故本专利技术重点针对无人机地面控制站中的无人机位置预测及机载定向天线纠偏过程进行描述。
技术实现思路
为了改善地面链路终端的视路链路定向天线在数字引导过程中的滞后性，解决机载定向天线位置和惯导设备之间的安装位置偏差等问题，本专利技术提出了一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法。利用该方法设计的无人机地面控制站控制地面视距链路定向天线在数字引导工作模式下跟踪无人机具有高可靠、高精度、工程实现方便等特点。为实现上述目的，本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法,包含以下步骤：步骤a)、从接收的无人机下传的遥测数据中的提取无人机位置信息；步骤b)、根据提取的无人机位置信息和视距链路定向天线的位置信息判断是否启动预测程序，若启动预测程序则根据提取的无人机位置信息和预测的接收延迟时间计算无人机的位置偏移量；c)判断当前机载天线使用的视距链路天线类型，当机载使用视距链路全向天线时，将位置偏差量置为0；当使用视距链路定向天线时则需对视距链路定向天线的位置进行纠偏处理得到位置偏差量；d)根据步骤b)中的无人机的位置偏移量和步骤c)中的位置偏差量得到最终的预测位置偏移距离；e)根据最终预测位置偏移距离，无人机下传的遥测数据中的经度、纬度、航迹角或航向角、俯仰角计算出最终预测的无人机的位置信息；f)根据最终预测的无人机的位置信息和当前定向天线的位置信息计算得到方位的数字引导值和俯仰的数字引导值，根据方位的数字引导值和俯仰的数字引导值驱动地面视距链路定向天线转动至相应的方位和俯仰位置。依据上述特征，所述步骤a)中，若能分别从视距主链路、视距副链路和卫星中继链路中接收到无人机下传的遥测数据，则优先选择从视距主链路中接收到无人机下传的遥测数据提取无人机位置信息，其次为视距副链路，最后为卫星中继链路。依据上述特征，所述步骤b)中判断是否启动预测程序的步骤为：利用无人机位置信息与视距链路定向天线的位置信息计算出当前无人机位置与视距链路定向天线之间的距离Dp-a，当距离Dp-a在临界距离Dcritical范围内并且无人机的地速Vgs与预测的接收延迟时间Δt的乘积大于等于启动距离Dstart，则启动预测程序。依据上述特征，所述无人机的地速Vgs由无人机下传的遥测数据中直接获取，或者由无人机下传的遥测数据中的东向速度Veast和北向速度Vnorth，根据式(1)计算出无人机的地速Vgs：Vgs=Veast2+Vnorth2---(1).]]>依据上述特征，所述预测的接收延迟时间Δt为Δt＝t1+t2+t3+t4+t5，其中t1为产生无人机位置数据周期，t2为通过数据链终端传输无人机下传的遥测数据周期，t3为无人机地面控制站处理周期，t4为无人机地面控制站输出的俯仰角、方位角数据至地面链路终端的周期，t5为地面链路终端将俯仰角、方位角数据发送至视距链路定向天线的周期。依据上述特征，所述位置偏移量的计算方式为：根据地速Vgs、预测的接收延迟时间Δt计算出位置偏移量Sforecast＝VgsΔt。依据上述特征，所述步骤c)中当使用视距链路定向天线时则需对视距链路定向天线的位置进行纠偏处理得到位置偏差量的步骤为：机体坐标系以机头中心为原点，垂直机身的水平方向为x轴，机身方向为y轴，垂直机身的竖直方向为z轴，机载视距链路定向天线坐标为(XAa,YAa,ZAa)，机载惯导设备坐标为(XINS,YINS,ZINS)，位置偏差量ΔS＝YAa-YINS。依据上述特征，所述步骤e)中通过以下公式计算出最终预测的无人机的位置信息：1)设地球为一圆滑的球体，地球的平均半径Rearth＝6371.004km，以地心为圆心，无人机当前位置所在高度圆的半径R＝Rearth+hp，每度弧长根据式(2)算出最终预测的无人机纬度Lf：Lf=arcsin(sinLpcosSAaforecastΔS+cosLpsinSAaforecastΔScosψfpa)---(2)]]>2)根据式(3)算出最终预测的无人机经度λf：λf=arcsin(sinψfpasinSAaforecastΔScosLf)+λp---(3)]]>3)根据式(4)算出最终预测的无人机高度hf：hf＝hp+SAaforecastsinθpa(4)其中，SAaforecast为最终预测位置偏移距离，Lp为提取的无人机位置信息中的纬度，ψfpa提取的无人机位置信息中的航迹角或航向角，λp为提取的无人机位置信息中的经度、hp为提取的无人机位置信息中的高度，θpa为提取的无人机位置信息中的俯仰角。本专利技术的优点及显著效果：本专利技术综合设计了无人机位置预测及机载定向天线纠偏的补偿方法，并充分研究了该方法使用的边界条件，在无人机数字引导控制过程中提供了更加精确的预判位置，能够提供更加稳定、可靠的链路连接，为无人机的操控提供更高质量的通信链路。利用本专利技术的方法可在不增加硬件成本的基础上，只需改进已经投入使用的无人机地面系统中的软件达到本专利技术的设计效果。本专利技术具有方法简单、数据精确等特点，是一种经济有效且易于工程实现的方法。附图说明图1为实现本专利技术的设备交联框图；图2为本专利技术的流程示意图。具体实施方式本专利技术为了改善地面链路终端的定向天线在数字引导过程中的滞后性，解决机载定向天线位置和惯导设备之间的安装位置偏差等问题，提出一种无人机位置预测与天线纠偏实现方法。利用该方法设计的无人机地面控制站控制地面视距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法,包含以下步骤：步骤a)、从接收的无人机下传的遥测数据中的提取无人机位置信息；步骤b)、根据提取的无人机位置信息和视距链路定向天线的位置信息判断是否启动预测程序，若启动预测程序则根据提取的无人机位置信息和预测的接收延迟时间计算无人机的位置偏移量；c)判断当前机载天线使用的视距链路天线类型，当机载使用视距链路全向天线时，将位置偏差量置为0；当使用视距链路定向天线时则需对视距链路定向天线的位置进行纠偏处理得到位置偏差量；d)根据步骤b)中的无人机的位置偏移量和步骤c)中的位置偏差量得到最终的预测位置偏移距离；e)根据最终预测位置偏移距离，无人机下传的遥测数据中的经度、纬度、航迹角或航向角、俯仰角计算出最终预测的无人机的位置信息；f)根据最终预测的无人机的位置信息和当前定向天线的位置信息计算得到方位的数字引导值和俯仰的数字引导值，根据方位的数字引导值和俯仰的数字引导值驱动地面视距链路定向天线转动至相应的方位和俯仰位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法,包含以下步骤：步骤a)、从接收的无人机下传的遥测数据中的提取无人机位置信息；步骤b)、根据提取的无人机位置信息和视距链路定向天线的位置信息判断是否启动预测程序，若启动预测程序则根据提取的无人机位置信息和预测的接收延迟时间计算无人机的位置偏移量；c)判断当前机载天线使用的视距链路天线类型，当机载使用视距链路全向天线时，将位置偏差量置为0；当使用视距链路定向天线时则需对视距链路定向天线的位置进行纠偏处理得到位置偏差量；d)根据步骤b)中的无人机的位置偏移量和步骤c)中的位置偏差量得到最终的预测位置偏移距离；e)根据最终预测位置偏移距离，无人机下传的遥测数据中的经度、纬度、航迹角或航向角、俯仰角计算出最终预测的无人机的位置信息；f)根据最终预测的无人机的位置信息和当前定向天线的位置信息计算得到方位的数字引导值和俯仰的数字引导值，根据方位的数字引导值和俯仰的数字引导值驱动地面视距链路定向天线转动至相应的方位和俯仰位置。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法，其特征在于所述步骤a)中，若能分别从视距主链路、视距副链路和卫星中继链路中接收到无人机下传的遥测数据，则优先选择从视距主链路中接收到无人机下传的遥测数据提取无人机位置信息，其次为视距副链路，最后为卫星中继链路。3.根据权利要求1所述的一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法，其特征在于所述步骤b)中判断是否启动预测程序的步骤为：利用无人机位置信息与视距链路定向天线的位置信息计算出当前无人机位置与视距链路定向天线之间的距离Dp-a，当距离Dp-a在临界距离Dcritical范围内并且无人机的地速Vgs与预测的接收延迟时间Δt的乘积大于等于启动距离Dstart，则启动预测程序。4.根据权利要求3所述的一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法，其特征在于无人机的地速Vgs由无人机下传的遥测数据中直接获取，或者由无人机下传的遥测数据中的东向速度Veast和北向速度Vnorth，根据式(1)计算出无人机的地速Vgs：Vgs=Veast2+Vnorth2---(1).]]>5.根据权利要求1或3所述的一种基于无人机位置预测的视距链路定向天线纠偏方法，其特征在于预测的接收延迟时间Δt为Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，刘国梁，张哲聪，石吉利，刘艳超，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31